Барьерный эффект в процессе ориентировки молнии

Третья часть статьи "Молниезащита зданий рядовой высоты со сплошным остеклением стен".
Читайте предыдущую часть "2. Барьерный эффект остекления".

Стены любого здания имеют недостаточно защищенный участок у кровли, где реально возможен контакт канала молнии с оконным стеклом. Стекло выполняет роль диэлектрического барьера, который может препятствовать прорыву канала молнии к укрытому заземленному элементу, особенно когда в рассматриваемой системе присутствует открытый альтернативный заземленный электрод (глава 2).

Как проявляется защитный эффект стеклянного барьера при взаимодействии с каналом нисходящей молнии, транспортирующим напряжение мегавольтного уровня? Эта задача требует решения для практической молниезащиты.

Зависимость на рис. 6 позволяет оценить напряжение на головке молниевого канала относительно заземленной поверхности для нисходящей молнии различной силы, которая выражается амплитудным значением ее тока.

Рис. 6
Расчетная зависимость потенциала лидера нисходящей молнии от амплитуды тока ее главной стадии

Как можно видеть, даже слабейшие разряды с током до 5 кА транспортируют напряжение на уровне нескольких мегавольт, способное обеспечить пробой тонкого стеклянного барьера, если не принять специальных мер для его защиты. Механизм такого защитного действия должен заключаться в своевременной ликвидации напряжения, которое воздействует на барьер. При этом воздействующим газоразрядным элементом может служить стримерная зона лидера молнии.

Рис. 7
На непрерывной фоторазвертке в момент контакта с заземленной
поверхностью ширина стримерной зоны близка к 25% ее длины

Если ширина стримерной зоны молнии достаточна, чтобы она приближалась к стеклу и к металлической арматуре стеклопакета с одинаковой скоростью, там будет обеспечен одинаковый рост электрического поля. Но у открытой заземленной арматуры нет препятствий для возникновения и роста встречного разряда, а под барьером встречный разряд тормозится. В результате разряд молнии переходит в сквозную фазу у металлической арматуры, быстро завершается там пробоем разрядного промежутка и полностью снимает напряжение, воздействующее на барьер, исключая тем самым его пробой. Средняя, по силе, молния попросту ударит в металлическую арматуру стеклопакета, как в наиболее предпочтительное место, из-за своего огромного размера стримерной зоны.

Проблема защиты стекла обеспечена!

Чтобы это произошло, ширина стримерной зоны молнии при приближении к стеклопакету должна быть не меньше его ширины.

Таким образом опасность для прочности стекла могут реально представлять только слабые молнии, для которых не выполнено сформулированное условие.

Целесообразно оценить, о каких молниях речь для стеклопакетов реального размера, шириной, скажем, в 2 м. Чтобы ширина стримерной зоны молнии достигла такого размера, ее длина согласно рис. 7 должна быть не меньше 8 м, для чего напряжение на отрицательной стримерной зоне должно быть не меньше 8 МВ. По данным рис. 6 на такое способна молния с амплитудой тока около 6 кА

Рис. 8
Статистика токов молнии, построенная СИГРЭ по прямым осциллографическим регистрациям

Обращаясь теперь к наиболее достоверной статистике токов молнии, собранной СИГРЭ, можно убедиться, что ток молнии амплитудой не менее 6 кА обеспечивается с вероятностью 0,975. С такой же вероятностью будет обеспечена и целостность стекла стеклопакета. Иными словами, реальную опасность для стекла представляют слабые молнии с малой длиной стримерной зоны.

Читайте далее "4. Практические рекомендации по молниезащите"

Э. М. Базелян, д.т.н., профессор
признанный отечественный Эксперт в области заземления и молниезащиты